1.ブラシレスDCモーターの概念
ブラシレスモーターまたは同期DCモーターとも呼ばれるブラシレスDCモーター（BLDC）は、動作にブラシや整流器を必要としないモーターの一種です。 BLDCモーターへの入力は直接電流（DC）ですが、本質的には、メインインバータースイッチを循環的に切り替えることにより、交互の電流（AC）をシミュレートします。これにより、コイル巻線に変化する磁場が作成され、モーターローターが連続トルク、したがって連続的な回転を経験することができます。 BLDCモーターは、ステーター巻線の数に応じて、単相、2相、または三相として構成できます。最も一般的に遭遇するBLDCモーターは、3相モーターです。以下の図は、三相ブラシレスDCモーターの分解を示しています。
2.ブラシレスDCモーターのアプリケーション
BLDCモーターの市場規模は2022年までに約197億6,000万ドルに達すると推定されています。BLDCモーターテクノロジーがますます成熟しているため、BLDCモーターは、軍事、航空、産業、自動車、民間管理システム、家庭用品を含むさまざまな分野で広範なアプリケーションを発見しました。それらは、一般的に、小さなロボット、ドローン、電動自転車、真空クリーナー、電動工具などの低電力の低電力デバイスで使用されます。
以下はいくつかの一般的なアプリケーションです。
掃除機/ヘアドライヤー：ヘアドライヤーまたはバキュームクリーナーに関しては、有名なブランドはダイソンです。 「次世代のブラックテクノロジーとして宣伝されているダイソンヘアドライヤー」は、従来のモーターよりも小さく、軽く、速いV9インテリジェントデジタルモーターを備えています。カーボンブラシを使用すると、モーターは1分あたり最大110,000回転の速度を達成でき、他のモーターよりも小さくて軽量です。 Dysonのデジタルモーターで使用されるモーターは、本質的にBLDCモーターの一種です。
ドローン/ジンバル：
ドローンでのモーター制御の鍵は、速度と方向制御です。最も人気のあるドローンは、間違いなくDJIのドローンです。下の図は、各コーナーに4つのBLDCモーターが表示されるスパークドローンの分解を示しています。
同様のアプリケーションには、ジンバルが含まれます。
電動工具：日常生活で見つかった一般的なハンドヘルド電動工具には、ボッシュの電気レンチ、ドリルなどが含まれます。ブラシレスDCモーターの省エネと高効率は、ハンドヘルド電動工具のコストの継続的な削減と相まって、電動工具でのBLDCモーターの使用に急速な発展をもたらしました。 Bosch、Dewalt、Milwaukeeなどの最も有名な国際メーカーがこの傾向をリードしています。
3.ブラシレスDCモーター構造
固定子：BLDCモーターのステーターは、内部円周軸に沿って彫刻されたスロットに巻線が配置された積層鋼シートで構成されています。固定子は、誘導モーターのステーターに似ていますが、巻き込み分布は異なります。ほとんどのBLDCモーターには、それぞれが相互接続された複数のコイルで構成される3つの星に接続されたステーター巻線があります。コイルはスロットに配置され、相互接続されて巻線を形成します。これらの巻線は、ステーターの円周に沿って分布して、均等に間隔をあけた磁性極を作成します。
ローター：BLDCモーターは、永久磁石をローターとして使用し、コイルは内部にありません。ローターの南および北の磁性極が交互に配置されています。さらに、柔らかい磁気材料技術の進歩と価格の低下により、高性能のネオジム鉄ホウ素希土類材料は、永久磁石ローターを作るためにますます使用されています。それらの高磁気エネルギー製品と安定した特性により、BLDCモーターは、より良い機械的特性と動的応答、およびより高い効率と速度の範囲を持つことができます。 MicroChipによるBLDCの原理文書からのローターマグネット断面の概略図は次のとおりです。
ホールセンサー：BLDCモーターコントロールの最も重要な側面は、ローターの位置の識別です。位置識別には2つの方法があります。1つは、位置センサーを使用して、ホールセンサーとして知られるローターの位置を識別することです。もう1つの方法はセンサーレスであり、これには、電気増進力を検出することにより、ローターの位置を識別することが含まれます。センサーを備えたBLDCモーターの場合、ほとんどのBLDCモーターはステーターに3つのホールセンサーを埋め込みました。各整流中に、1つの巻線が制御電源の正の極（電流が巻線に入る）に接続され、2番目の巻線は負の極に接続され（電流が流れます）、3番目の巻線は切断された状態です。トルクは、ステーターコイルと永久磁石によって生成される磁場との間の相互作用によって生成されます。ローターの磁極がホールセンサーの近くを通過すると、センサーは高レベルまたは低レベルの信号を出力し、南/北磁性極がホールセンサーによって感知された領域を通過していることを示します。ホールセンサーによる信号出力間の位相シフトは、60°または120°のいずれかになります。
